【회로이론】 회로이론 응용 : Logic Probe

Logic Probe

 

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Logic Probe

Logic Probe란 Comparator의 물리적 구현이라고 할 수 있다.하지만 A, B의 두 가지 값을 입력 받는 게 아니라 한 가지 값을 입력받고, 기존의 가진 값과 비교한다는 점에서 차이가 있다.또한 어떤 측정에서도 측정 기기값이 덜덜 떨리기 때문에 A = B인 상태를 기대하기 어렵다.따라서 측정값에 따라 세 가지 구간(기기의 제약 조건에 따라 모든 값을 나타내지는 못함)에서 서로 다른 신호를 출력한다.

 

출처: Boylestad, p. 306, Figure 8.90 (c)

 

 

위 사진은 실제 Logic Probe의 모습을 나타낸다.

사진에는 LEDs가 있는데, 이것이 바로 출력 신호를 나타낸다.

즉 High 상태(1.8 ~ 5 V)이면 red LED, Low 상태(0 ~ 1.2 V)이면 green LED, Floating 상태(1.2 ~ 1.8 V)이면 불이 꺼져 있다.

이러한 정보를 통해 시스템이 잘 작동하는지 User가 판단할 수 있다.

 

Logic Probe Circuit

 

출처: Boylestad, p. 306, Figure 8.90 (a)

위에서 TP LOGIC IN 부분이 탐침 부분이다.

즉, 이쪽으로 전압을 측정하고 싶은 부분에 대는 것이다.

우선 왼쪽의 회로를 살펴볼 필요가 있다.

파란색으로 위에서부터 5.5 V, 1.8 V, 1.5 V, 1.2 V라고 쓰여진 부분이다.

우선 5.5 V는 전원으로 공급하는 값이다.

하지만 1.8 V, 1.5 V, 1.2 V는 무엇인가?

이 값들은 왼쪽을 하나의 직렬연결로 보고 전체 전류는 같다는 식을 통해서 얻은 값이다.

 

그런데 1.8 V라고 쓰여진 부분, 1.5 V라고 쓰여진 부분, 1.2 V라고 쓰여진 부분의 오른쪽 도선은?
우선 1.8 V, 1.2 V라고 쓰여진 부분의 오른쪽 부분에는 Op Amp가 있다는 사실을 주목하자.

Ideal Op Amp만 하더라도 그 저항은 ∞다!

또한 1.5 V라고 쓰여진 부분의 오른쪽 부분에는 1 MΩ이 기다리고 있는데, 이 저항은 6.8 kΩ보다도 100배 이상 차이난다.

그래서 1.8 V, 1.5 V, 1.2 V라고 쓰여진 부분의 오른쪽 도선으로 나가는 전류는 매우 적을 것이다.

그로 인한 전압 강하도 또한 매우 적어서 위와 같은 접근 방법이 타당하다!

이는 TP LOGIC IN에 대해서도 똑같이 적용할 수 있다.

R₆ = 10 kΩ에 비해, 1 MΩ과 Op Amp의 입력저항은 너무도 크다.

그래서 10 kΩ에 의한 전압강하 효과는 굉장히 작다.

그러므로 2번 전압과 5번 전압은 TP LOGIC IN의 값이다.

 

 

지금부터 Op Amp에 대해서 숙지하기를 바란다.

위 Op Amp들이 모두 Feedback 회로를 가지고 있지 않음을 주목하자.

즉, Op Amp의 증폭구간은 [V_Low/A, V_High/A]로서, A의 값이 굉장히 크기 때문에 그 구간의 크기가 굉장히 작다.

따라서 앞서 말한 떨리는 효과를 고려해서라도 Op Amp의 출력전압은 V_Low 아니면 V_High일 것이다.

회로의 생김새로 보아 V_High의 값은 5.5 V일 것이다.

일반적으로 V_Low = - V_High로 둔다. (혹은 V_Low = 0과 V_High = 5.5 V를 supplying하는 것일 수도 있다.)

위 Op Amp는 Ideal Op Amp가 아니라 Practical Op Amp라는 사실을 명심하자.

즉 Op Amp의 Inverting input voltage와 Noninverting input voltage가 다를 수 있다는 것이다.

하나 더 명심할 게 있다.

Op Amp의 출력 전압은 5.5 V를 넘지 못한다.

가장 오른쪽의 5.5 V 부분이 높은 전위를 형성하므로 R₇을 통과하는 전류는 오른쪽에서 왼쪽이다.

그래서 두 다이오드 사이의 부분은 분명히 5.5 V보다는 작은 전압이다!

(그리고 R₇의 값을 적절히 조절하여 두 다이오드 사이의 부분의 전압이 - 5.5 V보다는 크게 했을 것이다.)

 

 

Case 1. TP LOGIC IN으로 0 ~ 1.2 V의 전압이 측정됐을 때

위쪽 Op Amp의 Inverting input voltage = v_{TP LOG IN}

위쪽 Op Amp의 경우 3번 전압(1.8 V)이 2번 전압(v_{TP LOG IN})보다 크므로 V_High(= 5.5 V)를 출력한다.

따라서 위쪽 Op Amp의 출력단자에서 두 다이오드 사이 부분으로 전류가 흘러야 하는데, 이는 불가능하다.

(다이오드는 한 방향으로만 전류를 흐르게 한다.)

그러므로 red LED는 꺼져 있다.

아래쪽 Op Amp의 Noninverting input voltage = v_{TP LOG IN}

아래쪽 Op Amp의 경우 5번 전압(v_{TP LOG IN})이 6번 전압(1.2 V)보다 작으므로 V_Low(= - 5.5 V)를 출력한다.

따라서 아래쪽 Op Amp의 출력단자로 전류가 분명히 흐르게 된다; 이때 다이오드 방향도 적절하다.그러므로 green LED는 켜져 있다.

 

 

Case 2. TP LOGIC IN으로 1.2 ~ 1.8 V의 전압이 측정됐을 때

위쪽 Op Amp의 Inverting input voltage = v_{TP LOG IN}

위쪽 Op Amp의 경우 3번 전압(1.8 V)이 2번 전압(v_{TP LOG IN})보다 크므로 V_High(= 5.5 V)를 출력한다.

따라서 위쪽 Op Amp의 출력단자에서 두 다이오드 사이 부분으로 전류가 흘러야 하는데, 이는 불가능하다.

(다이오드는 한 방향으로만 전류를 흐르게 한다.)

그러므로 red LED는 꺼져 있다.

아래쪽 Op Amp의 Noninverting input voltage = v_{TP LOG IN}

아래쪽 Op Amp의 경우 5번 전압(v_{TP LOG IN})이 6번 전압(1.2 V)보다 크므로 V_High(= 5.5 V)를 출력한다.

따라서 아래쪽 Op Amp의 출력단자에서 두 다이오드 사이 부분으로 전류가 흘러야 하는데, 이는 불가능하다.

그러므로 green LED는 꺼져 있다.

 

 

Case 3. TP LOGIC IN으로 1.8 V ~ 5 V의 전압이 측정됐을 때

위쪽 Op Amp의 Inverting input voltage = v_{TP LOG IN}

위쪽 Op Amp의 경우 3번 전압(1.8 V)이 2번 전압(v_{TP LOG IN})보다 작으므로 V_Low(= 5.5 V)를 출력한다.

따라서 위쪽 Op Amp의 출력단자로 전류가 분명히 흐르게 된다.

그러므로 red LED는 켜져 있다.

아래쪽 Op Amp의 Noninverting input voltage = v_{TP LOG IN}

아래쪽 Op Amp의 경우 5번 전압(v_{TP LOG IN})이 6번 전압(1.2 V)보다 크므로 V_High(= 5.5 V)를 출력한다.

따라서 아래쪽 Op Amp의 출력단자에서 두 다이오드 사이 부분으로 전류가 흘러야 하는데, 이는 불가능하다.

그러므로 green LED는 꺼져 있다.

 

 

한 가지 의문이 들 수도 있다.

저기서 R₅ 부분을 Open으로 만들면 되지 않을까, 하는 점이다.

분명 그렇게 한다면 회로를 해석하는 게 훨씬 말끔할 것이다.

하지만 그렇게 하지 않는 이유는 기기상의 이유에서 찾아볼 수 있다.

Logic Probe을 고전압인 물체에 갖다 대었을 경우 기기가 쉽게 파손될 수 있다.

따라서 그 경우에 R₅ 부분으로 많은 전류를 흘려버리는 것이다.

그 부분은 접지가 있기 때문에 고전압을 쉽게 빼낼 수 있는 것이다.

 

 입력: 2016.01.10 21:45